Schválené projekty 2015

Rozdělení přidělené dotace z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum po fakultách se zohledněním celoškolských pracovišť na rok 2015

Celková přidělená částka z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum na VŠB-TUO - 52 908 039 Kč

Z toho 2.5% - 1 320 739 Kč - úhrada způsobilých nákladů spojených s organizací SGS

fakultapřidělená částka v Kč
FBI  1 172 500
EKF  4 962 700
FAST  3 070 000
FS  8 256 000
FEI 12 282 100
HGF  5 433 000
FMMI  6 188 000
VC 10 223 000
CELKEM 51 587 300
KódSP2015/50
Název projektuNanokompozity typu grafen/fylosilikát
ŘešitelTokarský Jonáš doc. Ing., Ph.D.
Školitel projektu
Období řešení projektu01.01.2015 - 31.12.2015
Předmět výzkumuPředkládaný projekt, jenž navazuje na předcházející projekt „Nové funkční nanokompozity typu polyanilin/fylosilikát“ (SP2014/37) je zaměřen na přípravu grafenových vrstev z polyanilinových řetězců na fylosilikátové matrici kalcinací v inertní atmosféře.
Výsledky, publikované v roce 2014 (P. Čapková, V. Matějka, J. Tokarský, P. Peikertová, L. Neuwirthová, L. Kulhánková, J. Beňo, V. Stýskala: Electrically conductive nanocomposite aluminosilicate/graphene. Journal of the European Ceramic Society 34 (2014) 3111-3117.), ukázaly, že nanokompozity polyanilin/fylosilikát mohou být použity jako prekurzory pro nanokompozity obsahující grafen. Fylosilikáty jsou snadno dostupné a levné přírodní materiály s vrstevnatou strukturou, přičemž prostor mezi jednotlivými vrstvami nesoucími náboj je přirozeným nanoreaktorem, ve kterém lze u interkalovaných látek dosáhnout vlastností, nedosažitelných v čistém stavu. Montmorillonit (MMT), fylosilikát ze skupiny smektitů, je pro tyto účely jedním z nejpoužívanějších minerálů.
Zatímco kalcinace čistého polyanilinu (PANI) vede ke vzniku amorfního uhlíku, kalcinace PANI v kompozitu PANI/MMT vede ke vzniku grafitu, nachází-li se PANI mezi částicemi MMT, a grafenu, je-li PANI situováno v mezivrství MMT či přímo na jeho povrchu.

Předmětem výzkumu v rámci předkládaného SGS projektu bude optimalizace technologie přípravy nanokompozitu grafen/silikát z PANI/MMT studiem vlivu podmínek kalcinace (teplota, reakční atmosféra, čas) na tvorbu grafenu a tím na konečné vlastnosti výsledného materiálu. Nanokompozit PANI/MMT bude připraven jako prášek a ve formě tenkých vrstev. Práškový nanokompozit PANI/MMT bude lisován do tablet. Vzorky budou kalcinovány za různých podmínek a následně charakterizovány. Stejně jako v předchozím projektu, i nyní bude měření elektrické vodivosti základní metodou charakterizace nanokompozitů grafen/silikát. Tato měření budou prováděna jak klasickými metodami měření makrovodivosti, tak měřením tzv. mikrovodivosti pomocí mikroskopie atomárních sil (AFM), která bude použita také pro studium morfologie povrchů vzorků. Molekulární modelování bude zaměřeno na studium interakcí mezi grafenem a silikátem na atomární úrovni. Další metodou charakterizace bude rentgenová difrakce pro sledování změn ve struktuře fylosilikátu a pro monitoring tvorby uhlíkových fází. Ramanova spektroskopie bude použita pro sledování přítomnosti grafenu, nezachytitelného rentgenovou difrakcí, a vizuální pozorování morfologie vzorků bude uskutečněno skenovací a transmisní elektronovou mikroskopií. Získané údaje budou vyhodnoceny v závislosti na metodě přípravy.



Postup řešení

Optimalizace postupu přípravy nanokompozitů grafen/silikát bude rozdělena na tři dílčí kroky.
(1) Příprava práškového kompozitu PANI/MMT (s různým podílem složek) a slisování do tablet + příprava tenkých vrstev PANI/MMT na skle.
(2) Kalcinace vzorků na 1300°C a vyšší teploty v inertní atmosféře (dusík nebo argon) po různě dlouhou dobu.
(3) Analýza výsledných vzorků (RTG, Raman, AFM, SEM, TEM, měření vodivosti, molekulární modelování) přičemž hlavní důraz bude kladen na vztah mezi elektrickou vodivostí a strukturou v závislosti na podmínkách přípravy.

Připravené nanokompozity budou studovány pro potenciální praktické aplikace využívající elektrickou vodivost těchto materiálů.


Rozdělení práce a úkolů mezi členy řešitelského týmu

Ing. Jonáš Tokarský, Ph.D. – hlavní řešitel – molekulární modelování nanokompozitů pomocí empirických silových polí, optimalizace postupu přípravy nanokompozitů, příprava VaV výstupů

Ing. Lenka Kulhánková, Ph.D. – vedoucí diplomové práce Bc. Pavly Mlynářové – optimalizace postupu přípravy nanokompozitů, příprava VaV výstupů

Ing. Petra Vilímová – charakterizace vzorků mikroskopií atomárních sil (AFM), měření mikrovodivosti, spolupráce na přípravě VaV výstupů

Bc. Pavla Mlynářová – příprava a charakterizace vzorků, podíl na optimalizaci postupu přípravy, měření elektrické vodivosti, spolupráce na přípravě VaV výstupů

Ing. Dominik Hlaváč – molekulární modelování nanokompozitů – testování hybridního QM/MM přístupu, spolupráce na přípravě VaV výstupů

Bc. Tomáš Plaček – úprava práškových vzorků lisováním, optimalizace postupu měření elektrické vodivosti a studium potenciálních praktických aplikací, spolupráce na přípravě VaV výstupů


Všichni členové řešitelského týmu, včetně studentů, se podíleli na řešení dvou projektů s podobnou tématikou (SGS SP2014/37, GAČR P108/11/1057).

Relevantní VaV výstupy členů týmu:

J. Tokarský, M. Maixner, P. Peikertová, L. Kulhánková, J.V. Burda: The IR and RAMAN spectra of polyaniline adsorbed on glass; comparison of experimental, empirical force field, and quantum chemical results. European Polymer Journal 57 (2014) 47-57.
(IF 2.562, Q1)

L. Kulhánková, J. Tokarský, V. Matějka, P. Peikertová, S. Vallová, V. Stýskala, P. Čapková: Electrically conductive and transparent PANI/montmorillonite nanocomposite thin films. Thin Solid Films 562 (2014) 319-325.
(IF 1.604, Q1)

P. Čapková, V. Matějka, J. Tokarský, P. Peikertová, L. Neuwirthová, L. Kulhánková, J. Beňo, V. Stýskala: Electrically conductive nanocomposite aluminosilicate/graphene. Journal of the European Ceramic Society 34 (2014) 3111-3117.
(IF 2.360, Q1)

D. Hlaváč, J. Tokarský, P. Čapková: Molecular modeling of PANI thin film on glass substrate. Advanced Science, Engineering and Medicine 6 (2014) 1-5.

Užitný vzor: „Elektricky vodivý kompozitní materiál“
Původci: V. Matějka, V. Stýskala, L. Kulhánková, J. Tokarský, P. Čapková
Ev.č. VŠB: 056/13-12-2012
Ev.č. UPV: PUV 2012-27240




Členové řešitelského týmuIng. Dominik Hlaváč
doc. Ing. Lenka Kulhánková, Ph.D.
Bc. Pavla Mlynářová
Ing. Tomáš Plaček
doc. Ing. Jonáš Tokarský, Ph.D.
Ing. Petra Vilímová
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)Výstupy výzkumu:
1) objasnění vztahu elektrická vodivost – struktura v závislosti na podmínkách přípravy
2) metodika optimalizovaného postupu přípravy nanokompozitu s ohledem na elektrickou vodivost
3) optimalizovaná metoda měření mikrovodivosti nanokompozitu pomocí AFM

VaV výstupy:
1) článek v mezinárodním periodiku s IF
2) aktivní účast na mezinárodní konferenci NANOCON 2015 + minimálně dva plné příspěvky ve sborníku konference
3) vypracování diplomové práce Bc. Pavly Mlynářové
4) vypracování diplomové práce Bc. Tomáše Plačka


Rozpočet projektu - uznané náklady

NávrhSkutečnost
1. Osobní náklady
Z toho
0,-0,-
1.1. Mzdy (včetně pohyblivých složek)0,-0,-
1.2. Odvody pojistného na veřejné zdravotně pojištění a pojistného na sociální zabezpečení a příspěvku na státní politiku zaměstnanosti0,-0,-
2. Stipendia48000,-48000,-
3. Materiálové náklady30000,-35241,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek20000,-17733,-
5. Služby56000,-52828,-
6. Cestovní náhrady8000,-8198,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory18000,-18000,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)0,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady180000,-
Uznané náklady180000,-
Celkem běžné finanční prostředky180000,-180000,-